دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

 آمار

تعداد نشریات14
تعداد شماره‌ها682
تعداد مقالات7,081
تعداد مشاهده مقاله10,979,055
تعداد دریافت فایل اصل مقاله10,045,413
سلیمی بجستانی, مهران, کیانی, فرشاد, ابراهیمی, سهیلا, ملک زاده, الهام, تاتاری, علی اصغر. (1404). اثر کامپوزیت هیبریدی بنتونیت-آلژینات سدیم-نانوسلولز بر برخی ویژگی های فیزیکی و حدود اتربرگ یک خاک لسی. , 15(3), 1-25. doi: 10.22069/ejsms.2025.23122.2173
مهران سلیمی بجستانی; فرشاد کیانی; سهیلا ابراهیمی; الهام ملک زاده; علی اصغر تاتاری. "اثر کامپوزیت هیبریدی بنتونیت-آلژینات سدیم-نانوسلولز بر برخی ویژگی های فیزیکی و حدود اتربرگ یک خاک لسی". , 15, 3, 1404, 1-25. doi: 10.22069/ejsms.2025.23122.2173
سلیمی بجستانی, مهران, کیانی, فرشاد, ابراهیمی, سهیلا, ملک زاده, الهام, تاتاری, علی اصغر. (1404). 'اثر کامپوزیت هیبریدی بنتونیت-آلژینات سدیم-نانوسلولز بر برخی ویژگی های فیزیکی و حدود اتربرگ یک خاک لسی', , 15(3), pp. 1-25. doi: 10.22069/ejsms.2025.23122.2173
سلیمی بجستانی, مهران, کیانی, فرشاد, ابراهیمی, سهیلا, ملک زاده, الهام, تاتاری, علی اصغر. اثر کامپوزیت هیبریدی بنتونیت-آلژینات سدیم-نانوسلولز بر برخی ویژگی های فیزیکی و حدود اتربرگ یک خاک لسی. , 1404; 15(3): 1-25. doi: 10.22069/ejsms.2025.23122.2173

اثر کامپوزیت هیبریدی بنتونیت-آلژینات سدیم-نانوسلولز بر برخی ویژگی های فیزیکی و حدود اتربرگ یک خاک لسی

مجله مدیریت خاک و تولید پایدار
دوره 15، شماره 3، مهر 1404، صفحه 1-25    اصل مقاله (3.42 M)
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/ejsms.2025.23122.2173
نویسندگان
مهران سلیمی بجستانی1؛ فرشاد کیانی* 2؛ سهیلا ابراهیمی3؛ الهام ملک زاده4؛ علی اصغر تاتاری5
1دانشجوی دکتری تخصصی ، مدیریت منابع خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران
2دانشیار ، گروه علوم و مهندسی خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران
3دانشیار، گروه علوم و مهندسی خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.
4استادیار، گروه علوم و مهندسی خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.
5دانش آموخته مقطع دکتری تخصصی صنایع سلولزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.
چکیده
چکیده
سابقه و هدف: افزایش بهره‌برداری از منابع خاک و گسترش فعالیت‌های کشاورزی و صنعتی معمولاً منجر به تخریب ساختاری و کاهش کیفیت فیزیکی و مکانیکی خاک می‌شود. اما کاهش استفاده از خاک به دلیل محدودیت منابع آب، می‌تواند فشار وارد بر خاک را کاهش داده و در نتیجه، روند تخریب ساختاری آن را کندتر نماید. این مسئله به‌ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک که با محدودیت منابع آب و خاک مواجه هستند، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. یکی از راهکارهای نوین برای بهبود ویژگی‌های مکانیکی خاک، استفاده از مواد افزودنی طبیعی و سازگار با محیط زیست است. در این راستا، کامپوزیت‌های هیبریدی با قابلیت اصلاح ساختمان خاک و افزایش پایداری آن، توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده‌اند. بنتونیت به دلیل خاصیت تورمی و جذب بالای آب، آلژینات به‌عنوان یک پلیمر زیستی و نانوسلولز به‌دلیل خواص مکانیکی و زیست‌تخریب‌پذیری برجسته، از جمله مواد مؤثر در بهبود ویژگی‌های مکانیکی خاک محسوب می‌شوند. هدف از این پژوهش، بررسی اثر کامپوزیت هیبریدی متشکل از بنتونیت، آلژینات و نانوسلولز بر برخی ویژگی‌های فیزیکی و حدود اتربرگ یک خاک لسی در استان گلستان است. این مطالعه به‌منظور بهبود پایداری ساختاری و افزایش مقاومت خاک در برابر تنش‌های مکانیکی و فرسایش انجام شده است.
مواد و روش‌ها: در این پژوهش، کامپوزیت‌های هیبریدی مختلف شامل 50 درصد بنتونیت/ 30 درصد آلژینات سدیم/ 20 درصد نانوسلولز (B50/A30/N20)، 70 درصد بنتونیت/ 20 درصد آلژینات سدیم/ 10 درصد نانوسلولز (B70/A20/N10) و 80 درصد بنتونیت/ 15 درصد آلژینات سدیم/ 5 درصد نانوسلولز (B80/A15/N05) به کار گرفته شد. پس از آماده‌سازی نمونه‌ها، آزمون‌های رطوبت خاک، میانگین وزنی قطر خاکدانه‌ها (MWD) و حدود اتربرگ شامل حد روانی، حد خمیری، شاخص خمیری و ضریب انبساط و انقباض (COLE) به‌منظور ارزیابی تأثیر این کامپوزیت‌ها انجام شد. نمونه‌ها در شرایط کنترل‌شده آزمایشگاهی آماده‌سازی و مورد بررسی قرار گرفتند. داده‌های به‌دست‌آمده از آزمون‌ها با استفاده از روش‌های آماری تحلیل شدند تا میزان بهبود ویژگی‌های مکانیکی خاک در پاسخ به درصدهای مختلف افزودنی‌ها ارزیابی شود.
یافته‌ها: یافته‌های این مطالعه نشان داد که کامپوزیت بنتونیت/ آلژینات سدیم/ نانوسلولز اثرات قابل‌توجهی بر خصوصیات مکانیکی و فیزیکی خاک دارد. نتایج بررسی‌ها نشان داد که ترکیب B80/A15/N05 منجر به افزایش حد روانی و خمیری خاک شد که به خاصیت جذب آب بالاتر و بهبود انسجام ساختاری نسبت داده شد. شاخص خمیری نیز با افزایش سهم بنتونیت و نانوسلولز در فرمولاسیون کامپوزیت‌ها افزایش یافت و بیشترین مقدار (81/15 گرم بر گرم) با کاربرد 3 درصد کامپوزیت B80/A15/N05 مشاهده شد. از سوی دیگر، کاربرد 3 درصد از کامپوزیت B50/A30/N20 کمترین مقدار را در ضریب انبساط و انقباض (COLE) با مقدار 02/0 داشت. همچنین، این ترکیب باعث افزایش رطوبت خاک و میانگین وزنی قطر خاکدانه‌ها (MWD) گردید که حاکی از بهبود پایداری ساختار خاک و ظرفیت نگهداری آب بود.
نتیجه‌گیری: یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که این کامپوزیت‌ها به‌عنوان اصلاح‌کننده‌های مؤثر می‌توانند برای بهبود ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی خاک مورد استفاده قرار گیرند. بسته به نیازهای عملکردی، انتخاب درصدهای بهینه ترکیبات می‌تواند منجر به بهبود ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی خاک شود و کارایی آن را در شرایط مختلف محیطی افزایش دهد. این امر می‌تواند در کاربردهای مختلفی در کشاورزی، محیط‌زیست و مدیریت منابع طبیعی مفید واقع شود. علاوه بر این، استفاده از این کامپوزیت‌ها در اصلاح خاک‌های ضعیف (بهبود عناصر غذایی و ظرفیت نگهداری آب) و افزایش بهره‌وری کشاورزی، می‌تواند به‌عنوان یک روش پایدار در راستای تحقق اهداف کشاورزی مدرن و توسعه پایدار مورد توجه قرار گیرد. در آینده، تحقیقات بیشتر در خصوص بهینه‌سازی ترکیب و مقادیر دقیق این مواد، همچنین بررسی اثرات طولانی‌مدت آنها بر محیط‌زیست و اکوسیستم‌های مختلف، می‌تواند به درک بهتر از پتانسیل‌های کاربردی این کامپوزیت‌ها و گسترش استفاده از آنها در حوزه‌های مختلف کمک کند.
کلیدواژه‌ها
بهساز خاک؛ بنتونیت؛ حدود اتربرگ؛ خاک لسی؛ ضریب انبساط و انقباض
مراجع
  1. Mugandani, R., Mwadzingeni, L., & Mafongoya, P. (2021). Contribution of conservation agriculture to soil security. Sustainability, 13(17), 9857. https://doi.org/10.3390/su13179857.
  2. Hou, D. (2023). Sustainable soil management for food security. Soil Use & Management, 39(1), 1-7. https://doi.org/10.1111/sum.12883.
  3. Meena, D. K., Lamani, H. D., Yadav, R., Saikanth, R. K., Singh, O., Yerasi, S., & Rai, S. (2023). Soil science and sustainable farming: paving the way for food security. International Journal of Environment and Climate Change, 13(10), 2419-2424. https://doi.org/10.9734/ijecc/2023/v13i102907.
  4. Taghipour, K., Heydari, M., Kooch, Y., Fathizad, H., Heung, B., & Taghizadeh-Mehrjardi, R. (2022). Assessing changes in soil quality between protected and degraded forests using digital soil mapping for semiarid oak forests, Iran. CATENA, 213, 106204. https://doi.org/10.1016/j.catena.2022.106204.
  5. Ahamefule, H. E., Eifediyi, E. K., Amana, M. S., Olaniyan, J. O., Ihem, E., Ukelina, C. U., Adepoju, S., Ridwan, T., & Fatola, F. O. (2020). Comparison of traditional and modern approaches to soil conservation in a changing climate: a review. Bulgarian Journal of Soil Science, Agrochemistry and Ecology, 54(1), 44-62.
  6. Marto, A., Latifi, N., & Eisazadeh, A. (2014). Effect of non-traditional additives on engineering and microstructural characteristics of laterite soil. Arabian Journal for Science and Engineering, 39, 6949-6958. https://doi.org/10.1007/s13369-014-1286-1.
  7. Blanck, G., Cuisinier, O., & Masrouri, F. (2014). Soil treatment with organic non-traditional additives for the improvement of earthworks. Acta Geotechnica, 9, 1111-1122. https://doi.org/10.1007/s11440-013-0251-6.
  8. Barthod, J., Rumpel, C., & Dignac, M. F. (2018). Composting with additives to improve organic amendments. A review. Agronomy for Sustainable Development, 38(2), 17. https://doi.org/10.1007/s13593-018-0491-9.
  9. El-Ngar, D. A., & Abu El-Ezz, A. F. (2021). Attempting rice cultivation in sandy soil improved with compost and bentonite under drip irrigation system. Journal of Soil Sciences and Agricultural Engineering, 12(12), 883-891. https://dx.doi.org/10.21608/jssae.2021.107848.1039.
  10. Wang, N., Wang, B., Wan, Y., Gao, B., & Rajput, V. D. (2023). Alginate-based composites as novel soil conditioners for sustainable applications in agriculture: A critical review. Journal of Environmental Management, 348, 119133. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.119133.
  11. Ngo, A. T., Mori, Y., & Bui, L. T. (2024). Effects of cellulose nanofibers on soil water retention and aggregate stability. Environmental Technology & Innovation, 35, 103650. https://doi.org/10.1016/j.eti.2024.103650.
  12. Al-Taey, D. K., Hussain, A. J., & Kadhum, H. J. (2023). Bentonite Impact on Soil Properties and Biological Activity in the Face of Drought: A Review. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science(Vol. 1262, No. 4, p. 042058). IOP Publishing.
  13. Zhou, L., Monreal, C. M., Xu, S., McLaughlin, N. B., Zhang, H., Hao, G., & Liu, J. (2019). Effect of bentonite-humic acid application on the improvement of soil structure and maize yield in a sandy soil of a semi-arid region. Geoderma, 338, 269-280. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2018.12.014.
  14. Tomadoni, B., Salcedo, M. F., Mansilla, A. Y., Casalongué, C. A., & Alvarez, V. A. (2020). Macroporous alginate-based hydrogels to control soil substrate moisture: Effect on lettuce plants under drought stress. European polymer journal, 137, 109953. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2020.109953.
  15. Zhang, S., He, F., Fang, X., Zhao, X., Liu, Y., Yu, G., Zhou, Y., Feng, Y., & Li, J. (2022). Enhancing soil aggregation and acetamiprid adsorption by ecofriendly polysaccharides hydrogel based on Ca2+-amphiphilic sodium alginate. Journal of Environmental Sciences, 113, 55-63. https://doi.org/10.1016/j.jes.2021.05.042.
  16. Behboudi, M., Zad, A. A., Yazdi, M., & Tohidi, A. (2024). Effect of cellulose nanofibers and recycled glass powder on the geotechnical and microstructural parameters of dispersive soil. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 83(7), 290. https://doi.org/10.1007/s10064-024-03785-9.
  17. Takahashi, H., Omori, S., Asada, H., Fukawa, H., Gotoh, Y., & Morikawa, Y. (2021). Mechanical properties of cement-treated soil mixed with cellulose nanofibre. Applied Sciences, 11(14), 6425. https://doi.org/10.3390/app11146425.
  18. De Vos, B., Lettens, S., Muys, B., & Deckers, J. (2007). Walkley–Black analysis of forest soil organic carbon: recovery, limitations and uncertainty. Soil Use and Management, 23(3), 221-229. https://doi.org/10.1111/j.1475-2743.2007.00084.x.
  19. Wallinga, I., Van Vark, W., Houba, V. J. G., & Van der Lee, J. J. (1989). Soil and plant analysis, series of syllabi part 7, plant analysis procedure. Wageningen Agriculture University, Wageningen, 7, 197-200.
  20. Gee, G. W., & Bauder, J. W. (1986). Particle‐size analysis. Methods of soil analysis: Part 1 Physical and mineralogical methods, 5, 383-411.
  21. Fabryanty, R., Valencia, C., Soetaredjo, F. E., Putro, J. N., Santoso, S. P., Kurniawan, A., Ju, Y., & Ismadji, S. (2017). Removal of crystal violet dye by adsorption using bentonite–alginate composite. Journal of Environmental Chemical Engineering, 5(6), 5677-5687. https://doi.org/10.1016/j.jece.2017.10.057.
  22. Oussalah, A., Boukerroui, A., Aichour, A., & Djellouli, B. (2019). Cationic and anionic dyes removal by low-cost hybrid alginate/natural bentonite composite beads: adsorption and reusability studies. International Journal of Biological Macromolecules, 124, 854-862. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.11.197.
  23. Malekzadeh, E., Tatari, A., & Dehghani Firouzabadi, M. (2024). Effects of biodegradation of starch-nanocellulose films incorporated with black tea extract on soil quality. Scientific Reports, 14(1), 18817. https://doi.org/10.1038/s41598-024-69841-2.
  24. Mirkhani, R., Saadat, S., Shabanpour, S. M., Aria, P. V., & Yegane, M. (2008). Estimation of soil consistency limits by using readily available characteristics. Journal of Soil Science, 21(2), 201-207. https://doi.org/10.22092/ijsr.2018.127087.
  25. Schafer, W. M., & Singer, M. J. (1976). A new method of measuring shrinkswell potential using soil pastes. Soil Science Society of America Journal, 40(5), 805-806. https://doi.org/10.2136/sssaj1976.03615995004000050050x.
  26. Rieke, E. L., Bagnall, D. K., Morgan, C. L. S., Flynn, K. D., Howe, J. A., Greub, K. L. H., Mac Bean, G., Cappellazzi, S. B., Cope, M., Liptzin, D., Norris, C. E., Tracy, P. W., Aberle, E., Ashworth, A., Tavarez, O. B., Bary, A. I., Baumhardt, R. L., Borbón Gracia, A., Brainard, D. C., Brennan, J. R., & Honeycutt, C. W. (2022). Evaluation of aggregate stability methods for soil health. Geoderma, 428, 116156. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2022.116156.
  27. Smyth, M., M’bengue, M. S., Terrien, M., Picart, C., Bras, J., & Foster, E. J. (2018). The effect of hydration on the material and mechanical properties of cellulose nanocrystal-alginate composites. Carbohydrate Polymers, 179, 186-195. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.09.002.
  28. Dutta, R. K., & Yadav, J. S. (2022). The impact of variation of gypsum and water content on the engineering properties of expansive soil. Transportation Infrastructure Geotechnology, 9(5), 631-652. https://doi.org/10.1007/s40515-021-00192-5.
  29. Ying, Z., Cui, Y. J., Duc, M., Benahmed, N., Bessaies-Bey, H., & Chen, B. (2021). Salinity effect on the liquid limit of soils. Acta Geotechnica, 16(4), 1101-1111. https://doi.org/10.1007/s11440-020-01092-7.
  30. Fernández-Pérez, M., Villafranca-Sanchez, M., Gonzalez-Pradas, E., Martinez-Lopez, F., & Flores-Cespedes, F. (2000). Controlled release of carbofuran from an alginate− bentonite formulation: water release kinetics and soil mobility. Journal of agricultural and food chemistry, 48(3), 938-943. https://doi.org/10.1021/jf981296j.
  31. Vitale, E., Deneele, D., & Russo, G. (2020). Microstructural investigations on plasticity of lime-treated soils. Minerals, 10(5), 386. https://doi.org/10.3390/min10050386.
  32. Mishra, A. K., Rao, S. M., & Dhawan, S. (2007). Analysis of swelling and shrinkage behavior of compacted clays. Geotechnical and Geological Engineering, 26(3), 289–298. https://doi.org/10.1007/s10706-007-9165-0.
  33. Sellaf, H., & Balegh, B. (2023). An experimental study on the effect of plastic waste powder on the strength parameters of tuff and bentonite soils treated with cement. Engineering, Technology & Applied Science Research, 13(2), 10322–10327. https://doi.org/10.48084/etasr.5580.
  34. Babu, N. M., & Mishra, A. K. (2023). Influence of salt permeants on the swelling and strength behavior of fibre treated black cotton soil. KSCE Journal of Civil Engineering, 27(6), 2392–2402. https://doi.org/10.1007/s12205-023-1453-6.
  35. Javiz, E., Jalalian, A., Mosaddeghi, M. R., Chavoshi, E., & Honarjoo, N. (2023). Assessment of wind erosion and physical and mechanical properties of bentonite clay mulch in an arid region. Journal of Arid Environments, 213, 104974. https://doi.org/10.1016/j.jaridenv.2023.104974.
  36. Soltaninejad, S., Bp, N., & Marandi, S. M. (2023). Performance evaluation of clay plastic concrete of cement and epoxy resin composite as a sustainable construction material in the durability process. Sustainability, 15(11), 8987. https://doi.org/10.3390/su15118987.
  37. Alexander, J. A., Ahmad Zaini, M. A., Surajudeen, A., Aliyu, E. N. U., & Omeiza, A. U. (2019). Surface modification of low-cost bentonite adsorbents—a review. Particulate Science and Technology, 37(5), 538-549. https://doi.org/10.1080/02726351.2018.1438548.
  38. Mi, J., Gregorich, E. G., Xu, S., McLaughlin, N. B., & Liu, J. (2020). Effect of bentonite as a soil amendment on field water-holding capacity, and millet photosynthesis and grain quality. Scientific Reports, 10(1), 18282. https://doi.org/10.1038/s41598-020-75350-9.
  39. Zhang, H., Chen, W., Zhao, B., Phillips, L. A., Zhou, Y., Lapen, D. R., & Liu, J. (2020). Sandy soils amended with bentonite induced changes in soil microbiota and fungistasis in maize fields. Applied Soil Ecology, 146, 103378. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2019.103378.
  40. Wade, E., Zowada, R., & Foudazi, R. (2021). Alginate and guar gum spray application for improving soil aggregation and soil crust integrity. Carbohydrate Polymer Technologies and Applications, 2, 100114. https://doi.org/10.1016/j.carpta.2021.100114.
41. Salimi Bajestani, M., Kiani, F., Ebrahimi, S., Malekzadeh, E., & Tatari, A. (2025). Effect of bentonite/alginate/nanocellulose composites on soil and water loss: An response surface methodology (RSM)-based optimization approach. International Journal of Biological Macromolecules, 403(1), 140815. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.14

آمار
تعداد مشاهده مقاله: 502
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 205


سامانه مدیریت نشریات علمی. طراحی و پیاده سازی از سیناوب